JP2013112603A - 結晶シリコンインゴットの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、結晶シリコンインゴットの製造方法を提供する。本発明の方法では、核形成促進層2を利用して、複数のシリコン粒子34が前記核形成促進層2上にシリコン融液32から核形成するとともに、シリコン融液32を凝固させて結晶シリコンインゴットを得るまで垂直方向に成長するのを促進する。
【選択図】 図2C
Description
本発明の一態様では、結晶シリコンインゴットを製造する方法が、以下の工程を含む。まず、核形成促進層を、それ自体が垂直方向を規定する鋳型の底部上に配置する。次に、鋳型内部の核形成促進層上にシリコン原料を提供して、そして、シリコン原料が完全に溶融されるまで鋳型を加熱する。その後、シリコン融液に関する少なくとも一つの熱制御パラメータを継続的に制御して、複数のシリコン粒子が核形成促進層上にシリコン融液から核形成するとともに、垂直方向に成長するようにする。最後の工程として、シリコン融液全体を凝固させて結晶シリコンインゴットを得るまでシリコン融液に関する少なくとも一つの熱制御パラメータを継続的に制御してシリコン粒子を垂直方向に成長させる。
一実施形態では、核形成促進層は、形状が不規則な複数の結晶粒子から形成される。該結晶粒子の各々は、粒径が約50mm未満である。
別の実施形態では、核形成促進層は、融点が1400℃より高い材料から形成されるプレートであり、前記プレートの、前記シリコン融液に接触する表面は、300μm〜1000μmの粗さを有して前記複数のシリコン粒子に複数の核形成サイトを提供する。
一実施形態では、ヒータは、鋳型の上方に位置しており、方向性凝固ブロックは、鋳型の下方に位置している。少なくとも一つの熱制御パラメータは、ヒータから鋳型への第1温度勾配、シリコン融液の底部から方向性凝固ブロックの上部への第2温度勾配、または伝熱フラックスなどを含み得る。
図2A〜2Dは、本発明の一実施形態に係る結晶シリコンインゴットの製造方法を説明するための概略断面図である。
その後、図2Cに示すように、シリコン融液32に関する少なくとも一つの熱制御パラメータを制御して、複数のシリコン粒子34が核形成促進層2でシリコン融液32から核形成するとともに、垂直方向Vに成長するようにする。一実施形態では、シリコン粒子34は、核形成促進層2上のシリコン融液32から核形成し、垂直方向Vに平均粒径が2〜3倍と大きい粒子に成長する。シリコン粒子の平均粒径の成長倍数は、次の式で計算される。
ここで、Siは、核形成したシリコン粒子34の平均粒径であり、Sfは、核形成して成長したシリコン粒子34の平均粒径を示す。
ここで、x1およびx2は、それぞれインゴットの垂直方向における2つの異なるレベルを示し、Dx1とDx2は、それぞれレベルx1とx2とにおける接平面内のインゴットの欠陥密度を示す。
一実施形態では、核形成促進層2は、形状が不規則で粒径が約50mm未満の複数の結晶粒子22から形成される。
その後、シリコン原料30がシリコン融液32に完全に溶融されるまで、鋳型16を加熱する。そして、シリコン融液32に関する少なくとも一つの熱制御パラメータを制御して、複数のシリコン粒子34が核形成促進層2でシリコン融液32から核形成するとともに、垂直方向Vに成長するようにする。一実施形態では、核形成促進層2上のシリコン融液32から核形成し、平均粒径が2〜3倍と大きく成長するシリコン粒子34が垂直方向Vに成長した。
一実施形態では、核形成促進層2は、それぞれ形状が不規則で粒径が約50mm未満の複数の結晶粒子22から形成される。
3…シリコン結晶インゴット、
10…本体、11…不活性ガスダクト、12…断熱ケージ、14…ヒータ、
16…鋳型、
17…ベース、
18…方向性凝固ブロック、
19…支柱、
22…結晶粒子、
24…プレート
30…シリコン原料、
32…シリコン融液、
34…シリコン粒子、
122…上部断熱カバー
124…下部断熱板
V…垂直方向
Claims (9)
- 結晶シリコンインゴットの製造方法であって、
(a)核形成促進層を鋳型の底部上に配置することであって、前記鋳型自体が垂直方向を規定する、前記配置すること、
(b)前記鋳型内部の前記核形成促進層上にシリコン原料を提供すること、
(c)前記シリコン原料が完全にシリコン融液に溶融されるまで前記鋳型を加熱すること、
(d)前記シリコン融液に関する少なくとも一つの熱制御パラメータを継続的に制御して、複数のシリコン粒子が、前記核形成促進層上に前記シリコン融液から核形成するとともに、垂直方向に成長するようにすること、
(e)前記シリコン融液全体を凝固させて前記結晶シリコンインゴットを得るまで前記シリコン融液に関する少なくとも一つの熱制御パラメータを継続的に制御して前記シリコン粒子を前記垂直方向に連続的に成長させること
を備える方法。 - 前記結晶シリコンインゴットの、前記垂直方向における欠陥密度の増加率が、0.01%/mm〜10%/mmの範囲にある、請求項1に記載の方法。
- 前記核形成促進層に直接的に隣接するシリコン粒子の平均粒径が約10mm未満である、請求項1に記載の方法。
- 前記核形成促進層が、形状が不規則で粒径が約50mm未満の複数の結晶粒子を含む、請求項3に記載の方法。
- 前記複数の結晶粒子が、ポリシリコン粒子、モノシリコン粒子、及び単結晶炭化ケイ素からなる群から選択される、請求項4に記載の方法。
- 前記複数の結晶粒子が、ポリシリコン粒子、またはモノシリコン粒子であり、前記工程(c)において前記結晶粒子の一部は、溶融される、請求項4に記載の方法。
- 前記核形成促進層は、融点が1400℃より高い材料から形成されるプレートであり、
前記プレートの、前記シリコン融液に接触する表面は、300μm〜1000μmの粗さを有して前記複数のシリコン粒子に複数の核形成サイトを提供する、請求項3に記載の方法。 - 前記シリコン粒子の優先結晶配向が(001)と(111)との間にあり、前記優先結晶配向を有する前記シリコン粒子の体積割合が約50%より大きい、請求項1に記載の方法。
- 前記シリコン粒子の優先結晶配向が(001)と(111)との間にあり、前記優先結晶配向を有する前記シリコン粒子の体積割合が約70%より大きい、請求項1に記載の方法。
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